一种宽输入宽输出CukDC-DC变换器的制作方法

本发明涉及一种宽输入输出升降压dc/dc变换器，具体是一种宽输入宽输出cukdc-dc变换器。

背景技术：

在输入和输出电压变化均较大的应用场合，输入电压即可能高于输出电压，也可能低于输出电压，此时适用的常见非隔离型升降压dc-dc变换器有buck-boost、cuk、sepic以及zeta电路。理论上通过调节占空比d，这些变换器的输入输出增益可以在零至无穷大之间变化，但受元器件及电路寄生参数的影响，这些变换器的升压能力受到了较大的限制。目前提高dc-dc变换器输入输出增益的方案多基于boost电路而构建，因而这些电路通常只能实现升压，不能实现降压，在输入和输出电压变化较大的应用场合中难以适用。因此研究即可实现高增益升压，同时也可实现降压的新型宽输入输出升降压dc/dc变换器具有重要意义。

技术实现要素：

为解决现有非隔离型高增益dc-dc变换器不能同时实现高增益升压和降压的问题，本发明基于基本cuk电路提出一种宽输入输出升降压dc/dc变换器。

本发明采取的技术方案为：

一种宽输入宽输出cukdc-dc变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载rl，一个基本cuk变换器，n个扩展单元。其中：

基本cuk变换器包含两个电感l1、l2，两个电容c1、c2，一个功率开关s1，一个二极管d1。其连接形式如下：电感l1的左端接输入电源的正极，右端连接功率开关s1的漏极以及电容c1的左端，电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阳极相连，电感l2的右端与电容c2的上端相连，功率开关s1的源极、二极管d1的阴极以及电容c2的下端与输入电源的负极相连。

n个扩展单元的元器件和内部连接形式均相同，以第i个扩展单元为例说明，其含有：一个电感li1，一个二极管di1，两个电容ci1、ci2。其中电容ci1的右端与电感li1的左端以及二极管di1的阳极相连，电感li1的右端与电容ci2的上端相连。

各个扩展单元之间的连接形式如下(1<i≤n)：第i-1个扩展单元中电容c(i-1)1的右端、电感l(i-1)1的左端以及二极管d(i-1)1的阳极相连的交点与第i个扩展单元中电容ci1的左端相连，第i-1个扩展单元中电感l(i-1)1的右端与电容c(i-1)2的上端相连的交点与第i个扩展单元中二极管di1的阴极相连，第i-1个扩展单元中电容c(i-1)2的下端与第i个扩展单元中电容ci2的下端以及输入电源的负极相连。

第1个扩展单元与基本cuk变换器之间的连接关系如下：基本cuk变换器中电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阳极相连的交点与第1个扩展单元中电容c11的左端相连，基本cuk变换器中电感l2的右端与电容c2的上端相连的交点与第1个扩展单元中二极管d11的阴极相连。

负载rl的两端与第n个扩展单元中电容cn2的两端相连。

功率开关s1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。

本发明一种宽输入输出升降压dc/dc变换器，技术效果如下：

1、可同时实现升降压，且输入输出增益高，开关器件电压应力低。具体如下(电感l1的电流连续导通时)：

输入输出增益为：

开关管电压应力为：

其中d为占空比，uin为输入电压，uo为输出电压，us为功率开关电压应力，n为扩展单元数量。

2、仅含有1个功率开关，控制策略及驱动电路简单。

附图说明

图1是本发明电路原理图。

图2是本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图。

图3是传统cuk变换器电路原理图

图4是本发明扩展单元数为1时的输入输出增益与传统cuk变换器的输入输出增益对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2所示为本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图：

一种宽输入宽输出cukdc-dc变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个负载rl，一个基本cuk变换器，一个扩展单元。其中：

基本cuk变换器包含两个电感l1、l2，两个电容c1、c2，一个功率开关s1，一个二极管d1。其连接形式如下：电感l1的左端接输入电源的正极，右端连接功率开关s1的漏极以及电容c1的左端，电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阳极相连，电感l2的右端与电容c2的上端相连，功率开关s1的源极、二极管d1的阴极以及电容c2的下端与输入电源的负极相连。

扩展单元含有：一个电感l11，一个二极管d11，两个电容c11、c12。其中电容c11的右端与电感l11的左端以及二极管d11的阳极相连，电感l11的右端与电容c12的上端相连，电容c12的下端与输入电源的负极相连。

扩展单元与基本cuk变换器之间的连接关系如下：基本cuk变换器中电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阳极相连的交点与扩展单元中电容c11的左端相连，基本cuk变换器中电感l2的右端与电容c2的上端相连的交点与扩展单元中二极管d11的阴极相连。

负载rl的两端与扩展单元中电容c12的两端相连。

功率开关s1的栅极接其控制器，其占空比可以在0至1之间变化。

在电感l1的电流连续导通时，根据功率开关状态的不同，可以将电路分为2种工作状态：

(1)功率开关s1导通，二极管d1、d11均关断，此时电感l1、l2、l11、电容c2、c12充电，电容c1、c11放电；电感l1、l2、l11端电压如下式所示：

(2)功率开关s1关断，二极管d1、d11均导通，此时电感l1、l2、l11、电容c2、c12放电，电容c1、c11充电；电感l1、l2、l11端电压如下式所示：

本发明的上述实施实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。